Anwendungen des Integrals 8. Anwendungen 8. 1 Mittelwerte von Funktionen Der (arithmetische) Mittelwert von n gegebenen Zahlen x 1, x 2,..., x n ist bekanntlich Diese Begriffsbildung lsst sich auf die Funktionswert f ( x) einer auf einem Intervall [a; b] stetigen Funktion f bertragen: Das Intervall [a; b] wird in n Teilintervalle der Lnge geteilt. In jedem Teilintervall wird eine Stelle x i und der zugehrige Funktionswert f ( x i) gewhlt. Damit wird der (arithmetische) Mittelwert gebildet:. Fr gilt und. Definition: Fr eine auf einem Intervall [a; b] stetige Funktion f heit der Mittelwert der Funktionswerte von f auf [ a; b]. Dieser Mittelwert der Funktionswerte ist selbst auch ein Funktionswert von f, wie der folgende Satz verdeutlicht: Mittelwertsatz der Integralrechnung: Ist f eine auf dem Intervall [a; b] stetige Funktion, dann gibt es ein, so dass gilt: Zu beachten ist, dass c im allgemeinen nicht ( a + b)/2 ist. Wenn f im Intervall [ a; b] nur positive Werte f ( x) > 0 annimmt, dann lsst sich die Aussage des Mittelwertsatzes der Integralrechnung geometrisch deuten: Die Flche unter dem Graphen von f im Intervall [ a; b] hat denselben Inhalt wie das Rechteck mit den Seiten b - a und f ( c).
Funktionsmittelwerte - Mittelwerte von Funktionen || StrandMathe || Oberstufe ★ Übung 2 - YouTube
16. 06. 2005, 10:42 elfi77 Auf diesen Beitrag antworten » Mittelwerte von Funktionen Die Formel: 1/(b-a) \int_{b}^{a}~f(x)~dx [/latex] ist die Formel für den Mittelwert m der Funktionswerte von f auf (a;b) Kann mir vielleicht jemand erklären, wie man auf die Formel gekommen ist? Danke 16. 2005, 10:48 brunsi RE: Mittelwerte von Funktionen so damit mand as lesen kann!! edit: oder war das anders gemeint?? 16. 2005, 10:54 Nein, nicht so, ich glaube eben hab ich noch was anderes gesehen! Ich krieg das Latex nicht hin:-( 16. 2005, 10:59 JochenX code: 1: [latex]....... [/latex] und dazwischen den formeleditor verwenden 16. 2005, 11:09 dann warten wir eben, bis du es hinbekommen hast!! sonst ist es blödsinnig mit vermutungen zuarbeiten!! 16. 2005, 11:48 AD @elfi77 Betrachte mal für festes n die n gleichabständigen Punkte, k=0.. n-1. Dann ist und die anderen (n-2) Punkte liegen schön gleichmäßig im Abstand dazwischen. Der Mittelwert der zugehörigen n Funktionswerte ist. Das kann man auch schreiben als.
Ergnzend sei angemerkt, dass es auch fr die Differentialrechnung einen Mittelwertsatz gibt: der Differentialrechnung: Ist f eine im geschlossenen Intervall [ a; b] stetige und im offenen Intervall] a; b [ differenzierbare Funktion, dann gibt es (mindestens) eine Stelle c mit a < c < b, so dass gilt: Geometrische Deutung: Der Graph von f nimmt in (mindestens) einem Punkt die "mittlere Steigung" an, die durch die Sekantensteigung gegeben ist. Beispiel: Integral: Mittelwert der Funktionswerte: Stelle c, fr die gilt: Ableitung: Sekantensteigung: 8. 2 Volumen eines Rotationskrpers Gegeben sei eine auf dem Intervall [ a; b] stetige Funktion. Der Graph von f schliet mit der x -Achse und den Geraden mit den Gleichungen x = a und x = b eine Flche ein. Rotiert diese Flche um die x -Achse, entsteht ein Rotationskrper. Das Volumen eines solchen Rotationskrpers lsst sich hnlich berechnen wie die Flche unter dem Graphen einer Funktion. Dazu wird das Intervall [ a; b] wieder in n gleiche Teile der Breite eingeteilt.
3. Fr das Volumen eines Kegels mit Grundkreisradius r und Hhe h gilt. Leiten Sie diese Formel her, indem Sie den Graphen einer geeigneten Funktion um die x -Achse rotieren lassen. 4. a) Begrnden Sie: Der Graph von ist ein Ast einer um 90 gedrehten Parabel. Rotiert der Graph um die x -Achse, entsteht daher ein Rotationsparaboloid. b) Der lichte Raum eines Kessels hat die Form eines Rotationsparaboloides. Der grte Durchmesser ist d, die Hhe h. Zeigen Sie: Das Volumen des Rotationsparaboloides ist. c) Die Mae des Kessels in b) seien d = 80 cm und h 60 cm. Berechnen Sie das Volumen in dm 3. Bei welcher Hhe ist der Kessel halb gefllt? 5. Ein Fass hat die Hhe h = 1, 2 m und die Radien r = 0, 80 m und R = 1, 0 m. Bestimmen Sie sein Volumen. Whlen Sie dazu ein geeignetes Koordinatensystem und bestimmen Sie eine quadratische Funktion f, ber deren Graph Sie das Fass als Rotationskrper erhalten.. 8. 3 Bogenlnge Es soll die Lnge eines Graphen einer Funktion f ber einem Intervall [ a; b] ermittelt werden.
Zu jedem Teilintervall gibt es einen Zylinder, der den Krper von innen, und einen Zylinder, der den Krper von auen berhrt. Weiter wird in jedem Teilintervall ein x i gewhlt, so dass f ( x i) zwischen den Radien des inneren und des ueren Zylinders liegt. Damit ergibt sich fr das Volumen des Rotationskrpers die Zerlegungssumme. Im Grenzwert strebt die Summe V n gegen das Integral. Satz: Ist die Funktion f auf dem Intervall [ a; b] stetig, so entsteht bei der Rotation der Flche zwischen dem Graphen von f und der x -Achse ber [ a; b] ein Krper mit dem Volumen. bungen 1. Der Graph der Funktion f mit schliet mit der x -Achse eine Flche ein. Berechnen Sie das Volumen des Rotationskrpers, der bei Drehung dieser Flche um die x - Achse entsteht. 2. a) Wenn ein Halbkreis mit Radius r und Mittelpunkt M(0|0) um die x -Achse rotiert, entsteht eine Kugel mit Radius r. Leiten Sie daraus die Volumenformel fr die Kugel her. b) Bestimmen Sie das Volumen eines Kugelabschnitts mit der Hhe h und Kugelradius r.
Vorausgesetzt wird: f ist im Intervall [ a; b] differenzierbar und die Ableitung f ' ist stetig. Zunchst wird eine Teilung des Intervalls [ a; b] in n gleich lange Teilintervalle [ x i; x i + 1] vorgenommen. ber jedem Teilintervall wird die zum Graphen von f gehrige Sehne s i gezeichnet. Auf diese Weise wird dem Graphen von f zwischen a und b ein Sehnenzug einbeschrieben. Fr die Lnge s i der Sehne ber dem Teilintervall [ x i; x i + 1] gilt Nach dem Mittelwertsatz der Differentialrechnung gibt es ein, fr das gilt. die Lnge der Sehne ber dem Intervall [ x i; x i + 1] gilt daher: Die Lnge des Sehnenzuges ergibt sich damit zu kann die Bogenlnge des Graphen einer Funktion definiert werden: Ist f eine auf dem Intervall [ a; b] differenzierbare Funktion, deren Ableitung dort stetig ist, so besitzt der Graph von f zwischen x = a und x = b die Bogenlnge Anzumerken ist, dass dieses Integral nur in einfachen Fllen mit einer Stammfunktion gelst werden kann. Eine numerische Lsung ist unter den genannten Voraussetzungen jedoch stets mglich.
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